文章編號:1000-1573(2004)01-0100-03組合機床主軸箱CAD/CAM開發(fā)李靜1,薛冬娟2,付紅芹3(1.河北農(nóng)業(yè)大學機電工程學院,河北保定071001；2.河北農(nóng)業(yè)大學信息科學與技術(shù)學院,河北保定071001；3.保定第二機床廠技術(shù)科,河北保定071000)摘要:用VB開發(fā)了主軸箱傳動CAD及其箱體CAM一體化系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用人機交互的方式完成數(shù)據(jù)的獲得、傳動系統(tǒng)的CAD和箱體的CAM工作,它的使用可使主軸箱傳動系統(tǒng)的設(shè)計更優(yōu)化、更快捷,使箱體的加工生產(chǎn)率提高,準確性增加。關(guān)鍵詞:主軸箱；VB；CAD；CAM中圖分類號:TP391文獻標識碼:ATheexploitationofCAD/CAMofmodularmachinetoolspindleboxLIJing1,XUEDong2juan2,FUHong2qin3(1.CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,AgriculturalUniversityofHebei,Baoding071001,China；2.CollegeofInformationScienceandTechnology,AgriculturalUniversityofHebei,Baoding071001,China；3.DesigningSection,BaodingNo.2MachineToolWorks,Baoding071000,China)Abstract:ThispaperhasdevelopedthesystemoftrainingCADandboxesCAMofmajoraxisboxesbyVB.Itmayfinishtheprocedureofobtainingthedata,trainingCADandboxesCAM.Thechar2acteristicsofthesystemismoreoptimizationandmorehighspeedofthedesign.Itimprovestheproductivityandaccuracyofboxes.Keywords:spindlebox；VB；CAD；CAM主軸箱是工序集中的、高效的組合機床的重要的專用部件之一,是用于布置(按所要求的坐標位置)機床工作主軸及其傳動零件和相應(yīng)的附加機構(gòu)的1。主軸箱傳動系統(tǒng)的優(yōu)劣和箱體加工方式、方法直接影響機床的可靠性、耐用性、經(jīng)濟性、準確性。手工設(shè)計其傳動系統(tǒng)往往受主軸數(shù)多、轉(zhuǎn)速各異和空間位置小等因素的影響,不但工作量很大,優(yōu)化性受到限制,而且易出錯；其箱體加工,不論是在坐標鏜床上,還是手工編程在加工中心上,都存在操作人員或編程人員的工作量大、出錯率高、生產(chǎn)率低的弊端。本文用可視化編程語言VisualBasic6.02并解決了以上兩方面的問題。1主軸箱傳動系統(tǒng)CAD主軸箱都采用齒輪傳動。其傳動系統(tǒng)是指通過一定的傳動路線把驅(qū)動軸的運動,采用多級齒輪傳動,確定傳動齒輪及其傳動軸的位置,最后把運動傳到主軸上,使主軸獲得規(guī)定的轉(zhuǎn)速和方向。它是主軸箱設(shè)計最關(guān)鍵、工作量最大的環(huán)節(jié)。1.1獲取原始數(shù)據(jù)主軸箱傳動系統(tǒng)必須根據(jù)被加工零件的具體要求進行設(shè)計。其設(shè)計的原始數(shù)據(jù)為:驅(qū)動軸的軸徑d、轉(zhuǎn)速n、坐標(x0,y0)；主軸箱大小:寬B、高H；坐標原點:水平b0、垂直h0；加工類型:鉆削類、攻絲類；被加工孔類型:通孔或盲孔；收稿日期:2003-06-24作者簡介:李靜(1964-),女,河北滄州人,學士,副教授,主要從事理論力學和機械設(shè)計教學及CAD研究.第27卷第1期2004年1月河北農(nóng)業(yè)大學學報JOURNALOFAGRICULTURALUNIVERSITYOFHEBEIVol.27No.1Jan.2004各主軸的坐標(xi,yi)、軸徑di、轉(zhuǎn)速ni；獲取這些數(shù)據(jù)的流程圖如圖1,其工作界面為圖2(以某設(shè)計為例)。點擊“繼續(xù)”將彈出圖3界面。圖1CAD原始數(shù)據(jù)流程圖Fig.1FlowdiagramofCADoriginaldata圖2獲取原始數(shù)據(jù)Fig.2Obtainoriginaldata圖3傳動CAD工作界面Fig.3FaceoftrainCAD1.2傳動CAD系統(tǒng)流程圖主軸箱的傳動鏈的設(shè)計是其設(shè)計中最重要的環(huán)節(jié),其傳動形式多種多樣,靈活性較大,在此部分開發(fā)中,模擬人工設(shè)計的思路,使操作更直接、更快捷。主軸箱的傳動坐標計算是其設(shè)計中計算量最大的部分。雖然傳動形式存在多樣化,但其坐標計算可歸納為3類:與一軸定距的傳動、與二軸定距的傳動和與三軸定距的傳動。其計算可分別采用勾股定理、余弦定理和求外接圓的圓心的公式。由上述內(nèi)容,結(jié)合人工設(shè)計過程,編制傳動CAD系統(tǒng)流程圖見圖4:圖4傳動系統(tǒng)流程圖Fig.4Flowdiagramoftrainsystems1.3工作界面及設(shè)計結(jié)果傳動系統(tǒng)的工作界面如圖3。界面右邊為設(shè)計結(jié)果,圖中不同顏色表示不同排次:紅色排,黑色排,紫色排,蘭色排。初始化將根據(jù)原始數(shù)據(jù)繪出原始依據(jù)圖；上一步將返回最后操作的前一步；運行將根據(jù)定位類型進行設(shè)計。2主軸箱箱體CAM根據(jù)箱體加工技術(shù)人員的經(jīng)驗,總結(jié)出加工主軸箱箱體的優(yōu)化的CAPP,利用主軸箱傳動CAD形成的CAM原始文件,采用VB編程自動形成滿足加工要求的刀具準備文件和數(shù)控代碼。101第1期李靜等:組合機床主軸箱CAD/CAM開發(fā)2.1原始文件主軸箱體上孔系是由具體加工孔的位置、傳動軸的位置、軸徑的大小、軸的類型等因素決定的,對于不同的主軸箱體加工,必須提取具體的有關(guān)數(shù)據(jù)。CAM原始文件由主軸箱傳動CAD得到,形式以下:8,13,jd005-7001W,630350033,0,1,箱體描述圖5CAM流程圖Fig.5FlowdiagramofCAM1,T0725-42A/0,121.000,126.224,15,21,300,2,T0725-41/0,132.000,149.224,15,28,300,3,T0722-42/0,90.000,176.728,20,42,300,4,T0722-41/0,212.000,266.224,20,42,340,5,T0722-41/0,212.000,193.195,15,35,1000,6,T0725-42A/0,421.000,126.224,15,21,180,各軸描述在“箱體描述”行中各參數(shù)分別為主軸數(shù),總軸數(shù),主軸箱號,主軸箱規(guī)格3動力箱規(guī)格,配置；在“各軸描述”行中各參數(shù)分別為軸號,軸型,軸橫坐標,軸縱坐標,軸孔參數(shù)。2.2箱體CAM流程圖為避免在單獨使用CAM部分時,發(fā)生因原始數(shù)據(jù)的輸入的錯誤而導(dǎo)致加工零件的報廢,則在CAM部分設(shè)計中,首先編程顯示各軸的相互位置及有關(guān)參數(shù)。然后根據(jù)主軸箱在加工中心上加工“工序集中”的特點,按照加工工序,設(shè)置箱體的加工面及定位孔,結(jié)合原始數(shù)據(jù)及加工的數(shù)據(jù)庫,用VB編程自動形成刀具的準備文件及數(shù)控代碼。其箱體CAM流程圖如圖5所示。2.3箱體CAM模塊在CAM模塊中,關(guān)鍵是得到兩個文件:刀具準備和加工數(shù)控代碼。刀具準備是提供給加工人員準備加工刀具；加工數(shù)控代碼是對加工中心發(fā)出的一系列加工指令。形成這兩部分的關(guān)鍵是獲得圖形元素數(shù)據(jù)和加工元素數(shù)據(jù),二者由CAD形成的文件和加工資料庫得到,刀具準備文件由對加工元素的歸類而形成,加工數(shù)控代碼由加工元素、移刀和換刀等3部分的數(shù)控代碼組成,它們的結(jié)構(gòu)如下:3應(yīng)用實例以某主軸箱箱體為例,運行CAM系統(tǒng),其工作界面和結(jié)果如圖6。CAM工作界面,直觀地顯示各軸孔的位置、刀具準備文件、數(shù)控代碼,以便于檢查；保存其刀具準備文件、數(shù)控代碼供加工技術(shù)工人使用。(下轉(zhuǎn)第107頁)圖6箱體CAM工作界面Fig.6FaceofboxesCAM201河北農(nóng)業(yè)大學學報第27卷在實驗地塊測量100個采樣點的含水量,同時用GPS測定每個采樣點的經(jīng)緯度坐標,把這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為GIS中的一個圖層,并對該圖層進行距離反比插值,得到了柵格化的圖層,即實驗地塊的土壤水分分布圖。2003年4月30日灌溉決策,用的含水量是20cm,40cm和60cm的平均值,小麥的生育階段是拔節(jié)孕穗,輸入小湯山的精準農(nóng)業(yè)基地的溫度、空氣相對濕度、氣壓、地面上2m處的風速后可得到土壤每天的潛在蒸散量,由小麥生長地區(qū)、生育階段、生長日期等參數(shù)可從數(shù)據(jù)庫中調(diào)入相應(yīng)的數(shù)據(jù)如小麥輕旱指標、重旱指標、水價、小麥價格、勞力費用等,最后利用模型生成變量灌溉處方圖。生成的處方圖見圖3。表1列出了生成灌溉處方圖過程中的部分關(guān)鍵數(shù)據(jù)。表1實驗地塊的參數(shù)(2003年4月30日決策時)Table1Theparameteroftheplotforexperiment(April30,2003)ET0ikcETai有效降雨量/mmEffectiverainfallHg/mm測量與決策間隔時間/dTheintervaldaysbetweendicision2makingandmeasure輕旱指標/mmTheindexoflightdrought重旱指標/mmTheindexofhighdroughtFc/%共蒸散/mmTheamountoftotalevaporation5110184108212600132871921741531044結(jié)論變量灌溉在我國還未見報道,隨著技術(shù)的成熟,很有應(yīng)用前景。該系統(tǒng)利用實測的土壤含水量,再通過土壤水分預(yù)報模型給出決策時的含水量,由經(jīng)濟效益分析決定灌溉量,其中也融入了一些專家知識,具有可靠性,通用性。該系統(tǒng)可在普通的WINDOWS環(huán)境中運行,不必安裝專用的GIS開發(fā)軟件,系統(tǒng)使用方便。參考文獻:1朱自璽,趙國強,鄧天宏.冬小麥優(yōu)化灌溉模型研究及其應(yīng)用J華北農(nóng)學報,1995,10(4):36-33.2胡繼超.作物水分關(guān)系及水分管理系統(tǒng)的研究D.南京:南京農(nóng)業(yè)大學,2002.3朱艷,曹衛(wèi)星,王紹華,等.軟構(gòu)件技術(shù)在作物管理智能決策系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用J.農(nóng)業(yè)工程學報,2003,19(1).4龔元石,李子忠,李春友.應(yīng)用時域反射儀測定作物需水量和作物系數(shù)J.中國農(nóng)業(yè)大學學報1998,3(5):61-67.5鄺樸生,蔣文科,劉剛,等.精確農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)M.北京:中國農(nóng)業(yè)大學出版社,1999.(編輯:張冬冬)(上接第102頁)4結(jié)論該組合機床主軸箱傳動系統(tǒng)CAD及其箱體CAM一體化系統(tǒng),用可視化編程語言VB編輯,CAD和CAM兩部分既可分別使用,也可合并使用。經(jīng)多個主軸箱的比較,CAD系統(tǒng)的設(shè)計、計算速度為人工的十幾倍,計算非常精確；易于修改傳動,設(shè)計方案更加優(yōu)化。CAM系統(tǒng)的編程速度為人工編程的幾十倍,廢品率為零,加工精度滿足圖紙要求。組合機床主軸箱CAD/CAM一體